CN101272442B

CN101272442B - 数字图像无损压缩方法和装置、解析方法及图像译码器

Info

Publication number: CN101272442B
Application number: CN 200710067631
Authority: CN
Inventors: 徐卫丰
Original assignee: BODAO SOFTWARE Co Ltd HANGZHOU
Current assignee: BODAO SOFTWARE Co Ltd HANGZHOU
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN101272442A

Abstract

一种数字图像无损压缩方法，按图像中在空间位置上相邻的像素进行比较一段像素是连续相同还是非连续相同，用标志位表示，并用指示字节指示出标志位及步长，若连续n个像素相同，则指示字节后为其中一个像素的具体色值；若连续n个像素不相同，则指示字节后为该n个像素的具体色值。以及提供了基于上述方法的数字图像无损压缩装置、解析方法及图像译码器。本发明压缩率高、解压速度快、节省存储空间、实时性好。

Description

数字图像无损压缩方法和装置、解析方法及图像译码器

(一)技术领域

本发明涉及数码图像压缩和解压领域，尤其涉及一种数字图像无损压缩方法、压缩装置、解析方法及图像译码器。

(二)背景技术

当前，在数码图像领域，运用最多压缩技术的是JPEG图像压缩(JPEG：英文全称Joint Photographic Experts Group，即联合图象专家组，一种略失真压缩(LOSSY COMPRESS)的图形文件格式，为因特网(INTERNET)上经常可见的格式。)，JPEG具有高压缩比等特点。

但在手机等嵌入式系统中，JPEG图像虽然具有高压缩比而可以节省存储空间，但JPEG图像解压较复杂，解压速度较慢，哪怕是采用解压芯片等硬件解压，JPEG图像的解压在显示效果上都有明显的“迟滞”现象。而且，JPEG压缩是有损压缩，即会丢失部分像素的颜色信息。因此，在传统的手机等嵌入式系统开发中，采用位图图像作为UI图像(UI：User Interface，用户界面的简称)比较普遍。而且随着手机等嵌入式系统所采用的液晶屏能显示颜色越来越丰富，分辨率也越来越大，UI位图图像所占的存储空间越来越大，因此对位图进行压缩也是必需的。

另有行程长度压缩方法，其原理是将一扫描行中的颜色值相同的相邻像素用一个计数值和那些像素的颜色值来代替。例如：aaabccccccddeee，则可用3a1b6c2d3e来代替。对于拥有大面积，相同颜色区域的图像，用这种压缩方法非常有效。但这种压缩方法的压缩率还不够高，而且没有给出直接对应于位图格式的解决方案。

(三)发明内容

为了克服已有数字图像压缩方法的压缩率较低、解压速度较慢、存储空间大、实时性差的不足，本发明提供一种压缩率高、解压速度快、节省存储空间、实时性好的数字图像无损压缩方法和装置、解析方法及图像译码器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数字图像无损压缩方法，主要包括以下步骤：

(1)、从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；

(2)、将扫描后的像素根据其色值进行比较，并进行以下压缩存储操作：

(2.1)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；

(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，非连续相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；

(2.3)、依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储；

(3)、依次扫描到图像的最后一个像素，并按照步骤(2)的方法形成压缩后的数字图像。

作为优选的一种方案：在所述的(2.3)中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

作为优选的另一种方案：采用“1”标志后续的n个像素为连续相同，该字节或字的其余数位存储对应的n值；采用“0”标志后续的m个像素为像素位置连续但像素值不相同，该字节或字的其余数位存储对应的m值。

作为优选的另一种方案：在所述的(1)中，依照显示设备能够显示的颜色BIT位，对各个像素中不能在显示设备中表现出来的BIT位剔除。

进一步，所述的剔除方式为：剔除无效位和需要剔除有效位的部分低位数据。

再进一步，所述的图像为位图图像。

一种用所述数字图像无损压缩方法实现的装置，包括：扫描模块，用于从图像的第一个像素开始扫描，直至该图像的最后一个像素，得到各个像素的色值；所述数字图像无损压缩装置还包括：无损压缩模块，用于将扫描后的像素进行比较：(2.1)如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储，第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，非连续相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下如下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；压缩存储模块，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像。

进一步，所述的压缩存储模块中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

一种与所述的数字图像无损压缩方法配合的数字图像解析方法，主要包括以下步骤：

(1)、依照压缩后的数字图像进行解码，如标志单元为第一存储单元，第二存储单元的数值为n，第三存储单元为连续相同像素的色值为x，则将该数据解析为连续相同的且均为x的n个色值x；如标志单元为第四存储单元，第五存储单元的数值为m，第五存储单元之后的m个色值分别为y₁，y₂，...，y_m，则将该数据解析为非连续相同的m个像素的色值，即y₁，y₂，...，y_m；

(2)依照数字图像中数据的先后顺序，形成解析后的图像像素。

一种用所述的数字图像无损压缩方法、所述的解析方法实现的图像译码器，所述的图像译码器包括数字图像无损压缩装置、图像解析装置，所述的数字图像无损压缩装置包括：扫描模块，用于从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；无损压缩模块，用于将扫描后的像素进行比较：(2.1)如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，非连续相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下如下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；压缩存储模块，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像；

所述的图像解析装置包括：解析模块，用于依照压缩后的数字图像进行解码，如标志单元为第一存储单元，第二存储单元的数值为n，第三存储单元为连续相同像素的色值为x，则将该数据解析为连续相同的且均为x的n个色值x；如标志单元为第四存储单元，第五存储单元的数值为m，第五存储单元之后的m个色值分别为y₁，y₂，...，y_m，则将该数据解析为非连续相同的m个像素的色值，即y₁，y₂，...，y_m；解析存储模块，依照数字图像中数据的先后顺序，形成解析后的图像像素。

本发明的技术构思为：按图像中在空间位置上相邻的像素进行比较一段像素是连续相同还是非连续相同，用标志位表示，并用指示字节指示出标志位及步长，若连续n个像素相同，则指示字节后为其中一个像素的具体色值；若连续n个像素不相同，则指示字节后为该n各像素的具体色值。

按图像中在空间位置上相邻的像素进行比较，如果是连续相同的n个像素(n＞1，n为整数)，就依次用以下3个存储单元表示所述n个像素：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值。

如果非连续相同的像素为m个，就用以下形式表示该m个非连续相同像素：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次是所述m个像素的色值。

上述的n，m值也称为步长值。

按照以上方法从图像的第一个像素扫描到最后一个像素，最后形成压缩后的数字图像。

JPEG图像压缩要经过离散余弦变换、量化、编码以及组成位数据流等过程，在压缩过程中数据运算量比较大，数据计算比较复杂，虽然压缩比比较大，但压缩和解压需要一定的时间，对于手机等嵌入式设备采用的CPU频率不是特别高的情况下，JPEG图像解压在实时性方面有所欠缺，并不能满足用户的使用要求。

本专利所介绍的位图步长压缩法主要经过图像数据冗余剔除、相同数据步长迭代等过程，在数据压缩比上跟JPEG图像压缩有一定差距，但经过该方法压缩的图像，在解压时数据运算简单，实时性比较好。

传统的位图步长压缩法普遍没有经过图像数据的冗余剔除，因此使得被压速的图像中含有显示设备不能表现出来的冗余信息，影响了压缩比。在表示步长的特征位时，传统的步长压缩法普遍没有针对显示设备的分辨率制定，而通常采用1个字节表示，也影响了压缩比。

在手机等嵌入式设备这一具体硬件环境中，本专利所介绍的位图步长压缩法的实时性比JPEG图像的高压缩比更具有实用价值，比传统的步长压速法具有更高的压缩比和适用性。

本发明的有益效果主要表现在：1、能实现位图的无损压缩，不丢失任何显示设备能表现出来的颜色信息；2、压缩效率高；3、在节省位图存储空间时，不损失颜色的显示效果；4、能快速解压被压缩的位图，使UI显示压缩位图时没有任何“迟滞”现象；5、提高图像的显示的响应速度、实时性好。

(四)附图说明

图1是数字图像无损压缩方法的流程图。

图2是数字图像无损解析方法的流程图。

图3是数字图像无损压缩装置的原理图。

图4是图像译码器的原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1，一种数字图像无损压缩方法，主要包括以下步骤：

(1)、从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；

在所述的(2.3)中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

采用“1”标志后续的n个像素为连续相同，该字节或字的其余数位存储对应n值；采用“0”标志后续的m个像素为像素位置连续但像素值不相同，该字节或字的其余数位存储对应m值。

在所述的(1)中，依照显示设备能够显示的颜色BIT位，对各个像素中不能在显示设备中表现出来的BIT位剔除。所述的剔除方式为：剔除无效位和需要剔除有效位的部分低位数据。所述的图像为位图图像。

例如，先要确定显示设备能够显示的颜色BIT位(即二进制数位)，将位图中不能在显示设备上表现出来的BIT位剔除。此处将以16位色显示设备为例进行说明。

假设显示设备最多只能显示16BIT位，红色5BIT位，绿色6BIT位，蓝色5BIT位。如一个像素A的颜色RGB值为0XFF 0X8D 0X990XFA；则A的RGB值中，最高位0XFF为无用信息，直接剔除；红色0X8D(1000 1101)只保留最高的5位，即(10001)；绿色0X99(1001 1001)保留最高的6位，即(1001 10)；蓝色0XFA(1111 1010)保留最高位的5位，即(1111 1)。把保留下来的16位组装为两个字节，即0x8B DF(1000 1100 1101 1111)。用“压缩比”来衡量数据压缩的效果，压缩比是指压缩后的数据量(字节数)占压缩前的数据量(字节数)的比例(下同)，因此，此处从24位压缩到16位的压缩比为16/24，即66.67％。

然后把16位色的像素色值进行步长压缩。

如果是连续相同的颜色值，则用一个字节表示在空间上连续的有多少像素颜色相同，称这个字节为“指示字节”，这个字节的最高1个BIT位为标志位，其值为“1”，表示后续数据是连续相同的，其它7个BIT位用来表示步长，即后续多少个像素颜色相同，这个字节的后面紧跟一个单位的像素颜色值，记录相同的颜色值。

如果不是连续相同的颜色值，则用一个字节后续有多少个像素的颜色不相同，这个字节的最高1个BIT位值为0，表示后续数据是不相同的，其它7个BIT位用来表示步长，表示后续多少个像素的颜色值不相同，这个字节的后面紧跟这些不相同像素的颜色值。

假设列经过24位压缩成16位的颜色值数据如下：

0X8BFB 0X97650X99340X99560X99560X99560X99560XFD780XFE780X56FB 0x78950x99340XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF 0XFFFF

最前面3个像素0X8BFB 0X9765 0X9934不相同，则指示字节的值为ox03(00000011)，即最高位为0，表示该指示字节后续的若干个像素不相同，其余的数值0000011为3(即步长，也即“发明内容”部分的m值)表示色值非连续相同的像素有3个。该指示字节后面紧跟3个非连续相同的像素值：0X8BFB 0X97650X9934。在指示直接后面，依次是该三个像素的色值0X8BFB 0X97650X9934。

然后是连续4个连续相同的像素(其值均为0X9956)，则指示字节为ox84(10000100B)，即最高位为1，表示后续的若干个像素色值连续相同，其余7位的值为4(0000100B)(即步长，也即“发明内容”部分的n值)，表示色值连续相同的像素有4个。该指示字节后为该连续相同像素的色值，即：0X9956。

再扫描下一个像素(色值)。

依次类推，直到扫描到最后一个数据。因此，经过上述压缩操作后的新数据如下：(为明确起见，其中加粗字体的数据为所述的指示字节)

0X03 0X8BFB 0X9765 0X9934 0X84 0X9956 0X05 0XFD78

0XFE78 0X56FB 0x7895 0x9934 0X8E 0XFFFF

此次步长压缩前的数据量为54个字节(byte)，压缩后的数据量为24个字节，因此，此处经过步长压缩操作的压缩比为24/54，即44.4％。

总的压缩比为66.7％*44.4％＝29.6％。

需要说明的是，压缩比与被压缩数据本身的数据特点有关，如果连续相同像素所占总像素的比例越大，则压缩比越高。

实施例2

参照图1、图3，一种数字图像无损压缩方法实现的装置，包括：扫描模块2，用于从图像的第一个像素开始扫描，直至该图像的最后一个像素，得到各个像素的色值；所述数字图像无损压缩装置还包括：无损压缩模块3，用于将扫描后的像素进行比较：(2.1)如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，非连续相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下如下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；压缩存储模块4，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像。

所述的压缩存储模块4中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

本实施例的压缩装置的压缩方法与实施例1相同。

实施例3

参照图1、图2，一种与数字图像无损压缩方法配合的数字图像解析方法，主要包括以下步骤：

本实施例的解析方法为：对压缩后的数字图像按照实施例1的压缩过程进行逆向解析，还原出原数字图像。

实施例4

参照图1、图2、图3、图4，一种图像译码器，所述的图像译码器5包括数字图像无损压缩装置1、图像解析装置6，所述的数字图像无损压缩装置1包括：扫描模块2，用于从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；无损压缩模块3，用于将扫描后的像素进行比较：(2.1)如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，非连续相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下如下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素非连续相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；压缩存储模块4，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像；

所述的图像解析装置6包括：解析模块7，用于依照压缩后的数字图像进行解码，如标志单元为第一存储单元，第二存储单元的数值为n，第三存储单元为连续相同像素的色值为x，则将该数据解析为连续相同的且均为x的n个色值x；如标志单元为第四存储单元，第五存储单元的数值为m，第五存储单元之后的m个色值分别为y₁，y₂，...，y_m，则将该数据解析为非连续相同的m个像素的色值，即y₁，y₂，...，y_m；解析存储模块8，依照数字图像中数据的先后顺序，形成解析后的图像像素。

本实施例的数字图像无损压缩装置的工作过程与实施例2相同、图像解析装置的工作过程与实施例3相同。

Claims

1.一种数字图像无损压缩方法，主要包括以下步骤：

(1)、从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；

(2.2)、如图像中在空间位置上相邻的像素中，像素位置连续但像素值不相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素像素位置连续但像素值不相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；

2.如权利要求1所述的一种数字图像无损压缩方法，其特征在于：在所述的(2.3)中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

3.如权利要求2所述的一种数字图像无损压缩方法，其特征在于：采用1标志后续的n个像素为连续相同，该字节或字的其余数位存储对应n值；采用0标志后续的m个像素为像素位置连续但像素值不相同，该字节或字的其余数位存储对应m值。4 、如权利要求1-3之一所述的一种数字图像无损压缩方法，其特征在于：在所述的(1)中，依照显示设备能够显示的颜色BIT位，对各个像素中不能在显示设备中表现出来的BIT位剔除。

5.如权利要求4所述的一种数字图像无损压缩方法，其特征在于：所述的剔除方式为：剔除无效位和需要剔除有效位的部分低位数据。

6.如权利要求1-3所述的一种数字图像无损压缩方法，其特征在于：所述的图像为位图图像。

7.一种用于实现如权利要求1所述数字图像无损压缩方法的数字图像无损压缩装置，包括：

扫描模块，用于从图像的第一个像素开始扫描，直至该图像的最后一个像素，得到各个像素的色值；

其特征在于：所述数字图像无损压缩装置还包括：

无损压缩模块，用于将扫描后的像素进行比较：如图像中在空间位置上相邻的像素中，连续相同的像素为n个，n＞1，n为整数，采用以下三个存储单元进行存储：第一存储单元为标识单元，表示该n个像素连续相同；第二存储单元存储n的值；第三存储单元存储该n个连续相同像素的色值x；如图像中在空间位置上相邻的像素中，像素位置连续但像素值不相同的像素为m个，m＞1，m为整数，采用以下如下形式进行存储：第四存储单元为标识单元，表示该m个像素像素位置连续但像素值不相同；第五存储单元存储m的值；在第四和第五存储单元之后，依次存储所述m个像素的色值y₁，y₂，...，y_m；

压缩存储模块，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像。

8.如权利要求7所述的数字图像无损压缩装置，其特征在于：所述的压缩存储模块中，所述的第一存储单元、第二存储单元和第四存储单元、第五存储单元分别组成两个字节或字，该字节或字的第一数位为标志位，该字节或字的其余数位根据标志位的值对应存储n或m的值。

9.一种与如权利要求1所述的数字图像无损压缩方法配合的数字图像解析方法，包括以下步骤：

(1)、依照压缩后的数字图像进行解码，如标志单元为第一存储单元，第二存储单元的数值为n，第三存储单元为连续相同像素的色值为x，则将该数据解析为连续相同的且均为x的n个色值x；如标志单元为第四存储单元，第五存储单元的数值为m，第五存储单元之后的m个色值分别为y₁，y₂，...，y_m，则将该数据解析为像素位置连续但像素值不相同的m个像素的色值，即y₁，y₂，...，y_m；

10.一种用于实现如权利要求1所述的数字图像无损压缩方法、权利要求9所述的数字图像解析方法的图像译码器，其特征在于：所述的图像译码器包括数字图像无损压缩装置、图像解析装置，所述的数字图像无损压缩装置包括：

扫描模块，用于从图像的第一个像素开始扫描，得到各个像素的色值；

压缩存储模块，用于依照图像中的各个相邻像素的先后顺序，将第一存储单元、第二存储单元、第三存储单元和第四存储单元、第五存储单元、所述m个像素的色值进行存储，形成压缩后的数字图像；

所述的图像解析装置包括：

解析模块，用于依照压缩后的数字图像进行解码，如标志单元为第一存储单元，第二存储单元的数值为n，第三存储单元为连续相同像素的色值为x，则将该数据解析为连续相同的且均为x的n个色值x；如标志单元为第四存储单元，第五存储单元的数值为m，第五存储单元之后的m个色值分别为y₁，y₂，...，y_m，则将该数据解析为非连续相同的m个像素的色值，即y₁，y₂...。

解析存储模块，依照数字图像中数据的先后顺序，形成解析后的图像像素。